JPS5963664A - 燃料電池用電極基板 - Google Patents

燃料電池用電極基板

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JPS5963664A
JPS5963664A JP57172994A JP17299482A JPS5963664A JP S5963664 A JPS5963664 A JP S5963664A JP 57172994 A JP57172994 A JP 57172994A JP 17299482 A JP17299482 A JP 17299482A JP S5963664 A JPS5963664 A JP S5963664A
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electrode substrate
substrate
gas
electrode
hollow holes
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JP57172994A
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Masatomo Shigeta
重田　昌友
Kuniyuki Saito
国幸 斉藤
Hiroyuki Fukuda
弘之 福田
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Kureha Corp
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、燃料電池用電極基板に係シ、更傾詳しくは、
複数本の中空孔道をそのほぼ中心部に有する多孔性炭素
質燃料電池用電極基板に係る。
従来、黒鉛製薄板（不透過性のもの〕をリブ細工して得
られるバイポーラセパレータを用いるパイボー２セパレ
ータ型燃料電池が公知である。
これに対し、一方の面にリプを設け、他方の面は平坦な
電極面となった構造を有し、リブ付き面から反応ガスが
平坦な電極面に拡散してくるモノポーラ型電極基板が開
発されて来ている。
従来のモノポーラ型セルは、添付の第１図に示すように
、一方の面にリブ５を設は他方の面は平坦な構造を有す
る電極基板１、触媒層２．電解質を含浸させたマトリッ
クス３及びセパレーターシート４から成っており、電極
基板１のリプ付き面から反応ガス（酸素又は水素）が平
坦な電極面に拡散してくるものである。
従来、モノポーラ型燃料電池用電極基板の製造方法とし
て、短炎素繊維をベースにしてプレス成形する方法（４
！ｊｉρη昭５６−４８７００）、炭素繊維を分散させ
た抄造法（ｌ持公昭５３−１８６０３）、炭素繊維のウ
ェブに熱分解炭素を化学的蒸着する方法（米国特許第３
．８２９，３２７号明細簀）が提案されているっこ扛ら
従来の製造方法によって得られる電極基板は、いずれも
全体的に均一な構造の一つの層からなっている。
このような均質単層の電極基板は、その嵩密度が大きい
場合、ガス拡散係数が小さいため限界電流密度が小とな
るとともに電解液の保持量が充分でないため性能の低下
する時期が早くなる、すなわち寿命が短いという欠点を
有する。他方、その嵩密度が小さい場合には、電気抵抗
、熱抵抗が大きく、曲げ強度などの機械的強度が低いと
いう欠点を有している。
また、リプ構造を有する電極基板の場合は、第１図に示
すように、片面が平面でないため断面係数が小さくなり
、例えばリプ５の根本のシャープエツジ３１１６に応力
の葉中が起こり、そのため全体としての強度面でい−ま
一つ信頓の置けない而があった。従って、成型板として
の強度を保つためには平板剖の肉厚を厚くするしかなく
、そのためリプ側から電極面側まで電極基板の全厚さを
通ってガス（１１！素又は水素）が拡散する際の拡散抵
抗が大きくなるという欠点があった。その上、リプ頂上
平面部分の平面性を完全なものにすることが困難であり
、セパレータとの電気的及び熱的接触抵抗が無視し得な
い程大きくなる。一般に、これら□ の接触抵抗は基板内の伝達抵抗の数倍にも達するといわ
れており、従来のモノポーラ型電極基板は接触抵抗が大
きく、従ってセル間温度分布の不均一性、発電効率の低
下という決定的欠点゛を着する。
本発明は、上述の如き欠点を解消する燃料電池用電極基
板を提供することを目的とする。即ち、本発明は、相当
直径が０．５〜３ｍの断面を有する連続した中空孔道群
を基板の厚さのほぼ中心部に一端面から相対する端面に
向かって平行に有する多孔性炭素質燃料電池用磁極基板
を提供する。
以下、添附図面を参照して本発明を詳述する４゜なお図
面中間一部分に対しては第１図の参照番号と同一のもの
を使用した。
本発明の電極基板を使用する燃料電池のセル構造を第２
図に示す。本発明の電極基板１はそのほぼ中心部に中空
孔道群７を有し１てお９、この中空孔道７の断面は第２
図に示した如く円形でもよいが他の任意の形をと９得る
。中空孔道７の断面を円形と考えた場合の直径に相当す
る寸法（相当直径と称する）は０．５〜３■で参り、こ
の相当１区径が０．５洞より小さいとガス流動の抵抗が
大＠過ぎ、３閣より大きいと基板厚さが大きくなｐ過ぎ
積層しキセルの容積効率が減少する。又１この中空孔道
群７は互いに平行であシ且つ基板１の電極面に平行であ
る。更に、中空孔道７は、基板の一端面から相対する端
面に向かって連続している。
本発明の電イζも基板工は均質な多孔性炭素質材料から
構成されており、その平均嵩密度は０．３〜１．０’Ｊ
／ｃｌ、好ましくは０．４〜０．８９　／　７であり且
つガス透過度は２０フｖｄ　／　ｔｖ　＊　ｈ、ｒ１訓
Ａｑ９以上であることが好ましい。上記範囲の平均嵩密
度及びガス透過度を有する電極基板１は、好ましい椙ｊ
ｔｒ’を的強度例えば曲は強度を有し１．更に好ましい
ガス拡散抵抗を有するので、燃料電池用として好ましく
用いられる。なお、電極基板１の細孔は開維孔であり、
且つその細孔の６０％以上が１０〜１００μの範囲内の
径を有することが好ましい。
本発明の中空孔道群紮有する電極：ｊｊ、；乎は以下の
ようにして製造される。
充填材として短炎、素繊維又は粒状活性炭再を例え、ば
１０〜５Ｑ、重め・％、結合材としてフェノール樹脂、
エポキシ樹脂１石前糸及び／又は石炭系ピッチ等を例え
ば１０〜４０重量％、及び細孔調節材としてポリビニル
アルコール、ポリエチレン。
ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、砂糖等を例えば２０
〜５０重景％を重量し、この混合物をプレス用金型内ヘ
フィードする。その上に、ポリエチレン、ポリプロピレ
ン、ポリスタイシン。ポリビニルアルコール、ポリ塩化
ビニール等の高分子からなるクロス状織物、スダレ格子
状の中空孔道材を供給する。更にその上に上記混合物を
フィードする０その後、金型加熱温度例えば７０〜２０
０℃、成形圧例えば５〜１００〜／７で１〜６０分間の
適当な温度、圧力０時間でプレス成形する。
プレス成形した成形板を少なくとも２時間以上後硬化さ
せる。その後、１０ｏｏ〜３０００℃で焼成する。
本発明の電極基板は、中空孔道の両面が平面であるため
断面係数が大きく、曲げ強度が増大され、更に、ガス（
偽又はＨａ）を通す中空孔道が電極基板のを１は中心部
に存在するため、曲げ強度は太きく薄片化が可能であ夛
、拡散層が薄くなり、ガス拡散抵抗が小となシ、電流密
度が大となるという多大の利点を有する。又、セパレー
ターシート（第２図中４）とは全面的接触が可能であシ
、電気的及び熱的表面接触抵抗を低下できるので、まさ
に理想的基板といえる。因みに、炭素繊維抄造法による
炭素繊維ベーどく一層に対しては、曲は強度が大になる
と同時にリプ付黒鉛板が不要となシ、価格の低下、更に
電気抵抗の低下が期待できる。
本発明の電極基板によって得られる効果を一層明確にす
るため、本発明の電極基板と従来のリプ付モノポーラ型
電極基板（第１図参照）の諸物性値を比較対照して第１
表に示す。尚、第１表に示したものは一例であシ、比較
のため同一形状のものを用い、同一条件で測定したもの
である。
第　　　１　　　表 注１）セパレーターシー）’（０，５ｓ＠）子基板＋電
解液層（０，５＋ｍ）子基板の厚み ２）１ｄあｆｃシの抵抗値で示す ３）接圧１４／ｃＩＩｉでの抵抗値 ４）セパレーターシート十基板十基板十接触抵抗（セパ
レーターシートの抵抗値は１漢Ωである）５）２００り
７ＬＡ／１−ＩＪでの値 以下に１本発明を実施例によシ詳述するが、本発明は以
下の実施例に限定されるものではない。
艮施ガ ’４ＨＪＲ素繊維（呉羽化学製、Ｍｌ　０４　Ｓ　）　
４０　ｗｔ％。
細孔調節材としてポリビニルアルコール粒子（日本合成
化学制）３０ｖｒｔ％、及び結合材としてフェノール樹
脂（地布機材に、に、製）３０ｖｒｔ！Ｘからなる混合
物を、プレス成形用金型に供給し、その後中空孔道を形
成するために中空孔道材（スダレ格子状ポリビニルアル
コール成形物）を供給する。更に前記混合物を中空孔道
形成材上に供給し、その後、１４０℃、５０〜／ｌ−ｄ
、約３０分の条件にてプレス成形し、更に２０００℃で
約１時間焼成した。
得られた電極基板の大略の寸法（単位間）を第３図に、
又その物性を第２表に記載する。
第２表
【図面の簡単な説明】
第１図は、従来のモノポーラ型燃料亀池セル構造を示す
斜視図、第２図は、本発明の電極基板のセル構造を示す
斜視図、第３図は、実施例で得られた本発明の電極基板
の大略の寸法を示す図である。 １・・・■゛電極基板２・・・触媒層、３・・・マトリ
ックス、４・・・セパレーターシート、５・・・リプ、
７°°゛中空孔道０ 第１図 第２図 第３　図、。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）相当直径が０．５〜３ｍｍの断面を有する連続し
    た中空孔道を基板の厚さのほぼ中心部に一端面から相対
    する端面に向かって平行に複数本布することを特徴とす
    る多孔性炭素質燃料電池用電極基板。
  2. （２）平均１嚇密度が０．３〜１．０９７ｃｄでガス透
    過度が２０　ｍｌ　／　ｃｍ−ｈｒ−＋ｍｎＡｃ４．以
    上であり、均質な多孔性炭素質材料から構成されている
    ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の電極基
    板。
  3. （３）細孔が開綿孔であり、且つその６０％以上が１０
    〜１００μの範囲内め径を有することを特徴とする特許
    請求の範囲第１項又は第２項に記載の電極基板。
JP57172994A 1982-10-01 1982-10-01 燃料電池用電極基板 Pending JPS5963664A (ja)

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